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SIMULAÇÃO HIDRODINÂMICA BIDIMENSIONAL DO BANHADO DO TAIM (RS)
Adriano Rolim da Paz1, Edith B. C. Schettini2 e Adolfo O. N. Villanueva3
Resumo – Além da oscilação natural do nível da água, conhecido como hidroperíodo, a circulação
da água desempenha um papel de fundamental importância na estrutura e no funcionamento dos
banhados. Tais ecossistemas são caracterizados por pequenas lâminas d’água e pela grande
presença de plantas aquáticas, que são sensíveis a alterações no nível e no padrão de circulação da
água. Isso tem sido observado no banhado do Taim (RS), objeto deste estudo, em decorrência da
ação antrópica, como a captação de água para orizicultura e a operação das comportas de saída para
a lagoa Mirim. Neste trabalho, aplicou-se um modelo hidrodinâmico bidimensional horizontal ao
banhado do Taim, procurando analisar o efeito da vegetação e da ação do vento, além da interação
com a lagoa Mangueira. Ressalta-se a influência da distribuição espacial da vegetação sobre o
padrão geral da circulação da água no Taim e sobre a interação deste com a lagoa Mangueira.
Abstract – Besides the natural water level fluctuation known as hydroperiod, the water movement
has an important role in the wetlands structure and operation. Those ecosystems are characterized
by small depths and a great density of aquatic plants, which are influenced by the water level and
water movement pattern alterations. It has occurred in the Taim wetland (RS) – the study case, as a
consequence of human activities like water withdrawal to rice farming and operation of exit gates to
lake Mirim. In this paper, a horizontal two-dimensional hydrodynamic model has been applied to
Taim wetland, trying to verify the effects of vegetation, wind stress and interaction with lake
Mangueira. It is emphasized the vegetation spatial distribution influence over the general water flow
pattern in Taim wetland and over its interaction with lake Mangueira.
Palavras-chave – modelagem hidrodinâmica bidimensional, banhados, resistência da vegetação.
1 Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS). Av. Bento Gonçalves, 9500, Caixa Postal 15029, CEP 91501-970, Porto Alegre-RS. Tel: (51) 3316 6327. Fax: (51) 3316 7105. E-mail: [email protected]. 2 IPH/UFRGS. E-mail: [email protected] 3 IPH/UFRGS. E-mail: [email protected]
INTRODUÇÃO
Os banhados ou terras úmidas são considerados uns dos mais produtivos ecossistemas do
mundo, comparados às florestas tropicais e aos bancos de corais, apresentando diversos valores à
sociedade e ao meio ambiente (CZM, 2001). Por definição, os banhados são criados e mantidos pela
água, de tal modo que a freqüência e a duração do nível da água determinam, significativamente, a
vegetação presente e o desempenho das funções desses ecossistemas (Marble, 1992), além de
condicionarem as propriedades físicas, químicas e ecológicas (Clymo et al., 1995).
O nível e a circulação da água influenciam enormemente o desenvolvimento das macrófitas
aquáticas, não só pela redução na disponibilidade de oxigênio e nutrientes, mas também pela
alteração da textura e composição do substrato, pela pressão mecânica na estrutura das plantas e até
pela redução da disponibilidade de luz para as espécies submersas (Newall e Hughes, 1995). Por
sua vez, a presença de vegetação tem dois efeitos principais sobre o escoamento: resistência ao
fluxo e proteção da superfície da água contra a ação do vento.
Isso tem motivado o desenvolvimento de pesquisas acerca do que se denomina de
hidroperíodo das terras úmidas, definido como a ocorrência periódica ou regular de inundação ou
saturação do solo, em função do balanço hídrico, da topografia e das condições sub-superficiais, e
que constitui sua assinatura hidrológica (Marques et al., 1997).
Entretanto, apesar do hidroperíodo ser amplamente reconhecido como de extrema
importância, pouca atenção tem sido dada à circulação da água e aos papéis físicos e ecológicos que
a mesma desempenha, tornando-a fundamental para a estrutura e funcionamento dos banhados
(Aumen, 2003). Estudos dessa natureza podem não só ajudar a explicar padrões ecológicos, tais
como a distribuição, diversidade e abundância de invertebrados e peixes dependentes de plantas
aquáticas, mas também ser vitais para projetos de restauração e revitalização (Newall e Hughes,
1995).
Neste trabalho, o modelo hidrodinâmico bidimensional IPH-A foi aplicado ao banhado do
Taim, localizado no Estado do Rio Grande do Sul, procurando avaliar a influência dos principais
fatores intervenientes no padrão geral de circulação da água desse sistema, como a ocorrência da
vegetação, a ação do vento e a interação com a lagoa Mangueira.
O BANHADO DO TAIM
Localização e descrição
O banhado do Taim está inserido na Estação Ecológica do Taim (ESEC Taim), uma unidade
de conservação federal criada através do Decreto no 92.963, de 21 de julho de 1986, com o objetivo
Lagoa dos Patos
Lagoa Mangueira
Lagoa Mirim
ESEC Taim
Oceano Atlântico
Rio Grande
Santa Vitória do Palmar
Porto Alegre
N
de proteger amostras dos Banhados do Sul e da fauna ameaçadas de extinção e preservar o local de
passagem de aves migratórias (IBAMA, 2003). A ESEC Taim engloba uma área de cerca de
315km2 e está localizada entre o Oceano Atlântico e a Lagoa Mirim, no sul do Estado do Rio
Grande do Sul, estando parte no município de Rio Grande e parte no de Santa Vitória do Palmar
(figura 1).
O relevo dessa região é caracterizado por uma planície com micro-relevos, de pouca
expressão altimétrica, destacando-se as feições dunais e os terraços com barreiras lagunares
(IBAMA, 2003). Na mesma referência, consta que o clima da região onde a ESEC Taim se insere é
do tipo subtropical, com temperatura média anual de 18 graus e precipitação média anual de
1100mm, apresentando um inverno frio e chuvoso e um verão quente e seco, além de ventos
bastante intensos.
Figura 1. Localização da Estação Ecológica do Taim.
A área em questão é composta por três tipos de ecossistemas principais (PELD, 2002): (i)
ecossistemas costeiros, caracterizados por praias litorâneas e um extenso campo de dunas; (ii)
ecossistemas límnicos, constituído por banhados e lagoas; (iii) ecossistemas terrestres, constituídos
por matas de restinga turfosa e arenosa e campos secos e de várzea. Na região do banhado do Taim,
a vegetação é exuberante em macrófitas aquáticas emergentes, que chegam a cobrir 30% ou mais da
área (Villanueva, 1997), com predominância de plantas vasculares e herbáceas.
Na área compreendida pela ESEC Taim, encontram-se banhados, lagoas, campos e dunas,
com destaque para o banhado do Taim, que ocupa 60% da área da estação, e para as Lagoas Nicola
340000 345000 350000 355000 360000 365000Coordenadas UTM
6360000
6365000
6370000
6375000
6380000
6385000
6390000
6395000
6400000
Lagoa Mirim
Banhado do Taim
Lagoa Mangueira
Oceano Atlântico
Limites da ESEC Taim
(1)(2)
(3)
(4) (5)
(6)
N
(7)
e Jacaré, além da parte norte da lagoa Mangueira. Na figura 2, é apresentada uma composição
colorida do tipo RGB, onde as bandas espectrais 3, 4 e 5 foram usadas para as cores vermelho,
verde e azul, de uma imagem do satélite LANDSAT5, de 06/jul/1987, da região da estação. Em tal
imagem, observa-se a localização dos elementos que constituem a ESEC e a grande presença de
macrófitas aquáticas no banhado. Embora se dispusesse de outras imagens de satélite relativas a
datas mais recentes do que a utilizada, a escolha desta foi motivada pelo nível mais baixo da água
na época da aquisição, o que permitiu identificar, mais claramente, os contornos das lagoas internas
ao Taim.
Figura 2. Composição colorida de imagem de satélite de 06/jul/1987 da região da ESEC Taim
(WGS-84, UTM-22S), onde: (1) sede da ESEC Taim; (2) comportas de saída do banhado; (3) lagoa
Nicola; (4) lagoa Jacaré; (5) canal do Jacaré; (6) canal da Sarita; (7) posto Negreiros.
Conflitos pelo uso da água
A extração de água para a orizicultura, associada aos picos de evapotranspiração observados
nos meses de outubro/novembro e fevereiro/março, tem alterado o regime hidrológico da região e
pode ocasionar a diminuição no volume de água necessário à manutenção dos ecossistemas
palustres (Villanueva, 1997). O impacto ambiental também acontece devido à deterioração da
qualidade da água e do solo, causada pelo carreamento de produtos químicos e agrotóxicos usados
na agricultura. Outros problemas decorrentes de ação antrópica, verificados na unidade de
conservação em questão, são o atropelamento de animais na BR-471, que tem origem na elevação
dos níveis e a conseqüente diminuição das áreas secas, a pesca e a caça (IBAMA, 2003).
Apesar da criação da Estação Ecológica do Taim, o conflito entre o uso para agricultura e a
sua conservação continua a ser verificado, pois o atendimento da última implica na redução da
disponibilidade de água para a primeira. Um agravante reside no fato de que a área delimitada pela
estação não inclui toda a bacia de contribuição, de modo que atividades externas afetam diretamente
a disponibilidade de água e as condições ambientais no seu interior (Villanueva, 2000).
Outra questão diz respeito à operação e gerenciamento das comportas de saída do banhado
para a lagoa Mirim, cuja localização é indicada na figura 2 e sobre a qual há interesses conflitantes
(Villanueva, 1997): o fechamento completo da saída é de interesse para a irrigação, uma vez que
aumenta a disponibilidade de água; por outro lado, isso prejudica a flutuação natural dos níveis de
água, condição necessária para a preservação ambiental do ecossistema.
METODOLOGIA
O modelo IPH-A
Neste estudo, optou-se pela utilização de um modelo hidrodinâmico bidimensional horizontal,
sendo adotado o modelo denominado IPH-A, desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas
(IPH – UFRGS) e descrito por Casalas (1996). Tal modelo constitui um sistema computacional
destinado à simulação da circulação e do transporte de massa em corpos d’água bidimensionais e é
resultante de uma série de estudos realizados pelo IPH na modelagem de estuários e lagoas: lago
Guaíba, lagoa dos Patos, rio da Prata, rio Uruguai e lagoa Setúbal (Argentina), por exemplo.
Para descrever o escoamento da água, o modelo IPH-A emprega as equações da continuidade
e de Navier-Stokes integradas na vertical, com a formulação de Manning para o cálculo da tensão
de cisalhamento do fundo, enquanto que a tensão de cisalhamento na superfície é determinada em
função da velocidade do vento e de um coeficiente de arrasto constante:
η
h
Η
z
yx
nível da água
0y
)HV(x
)HU(t
=∂
∂+
∂∂
+∂η∂ (1)
UH
VUUgnH
Cx
gVyUV
xUU
tU
T3/4
2222y
2xxV ∆ε+
+−
ω+ωω+
∂η∂
−Ω=∂∂
+∂∂
+∂∂ (2)
VH
VUVgnH
Cy
gUyVV
xVU
tV
T3/4
2222y
2xyV ∆ε+
+−
ω+ωω+
∂η∂
−Ω−=∂∂
+∂∂
+∂∂ (3)
onde η é o nível d’água variável com o escoamento; h é a profundidade fixa em relação ao plano de
referência (figura 3); H representa a profundidade total; U e V são as componentes da velocidade
média na vertical do escoamento, nas direções x e y, respectivamente; t é o tempo; Ω é o parâmetro
de Coriolis; g é a aceleração da gravidade; VC é um coeficiente de ajuste de vento; ωx e ωy são as
componentes da velocidade do vento nas direções x e y, respectivamente; n é o coeficiente de
Manning; εT é o coeficiente de viscosidade cinemática turbulenta; ∇ é o operador nabla e ∆=∇2 é o
operador laplaciano.
Figura 3. Plano de referência (plano xy) e definição das variáveis η, h e H.
O IPH-A emprega o método das diferenças finitas, aplicando um esquema semi-implícito de
direções alternadas (ADI - Alternating Direction Implicit), baseado no esquema adaptado por
Leendertse, com algumas modificações, para a resolução numérica do sistema de equações que
descrevem o escoamento (Casalas, 1996).
A figura 4 apresenta um exemplo de malha numérica de cálculo, com a distribuição espacial
das variáveis em cada elemento da malha adotada pelo referido modelo. Observa-se que as
componentes de velocidade do escoamento U e V estão definidas nas faces direita e superior de
cada elemento, respectivamente, tendo como sentido positivo a orientação dos eixos x (para U) e y
(para V). A profundidade fixa h(x,y) e o coeficiente de Manning (n) são tomados em duas
componentes (hu e hv, para h, e nu e nv, para n) uma para cada direção do plano x-y, definidas nos
nu(j,k)
k-2
j-2 j-1 j+1j j+2 x
Pontos onde estão definidos hu, U e nu
k-1 Pontos onde estão definidos os níveis η
Pontos onde estão definidos hv, V e nv
k Simbologia
yU(j,k)
η(j,k)
V(j,k)nv(j,k)
hu(j,k)
hv(j,k)
lados direito e superior, enquanto o nível variável no tempo η(x,y,t) é associado ao centro de cada
elemento da malha.
Figura 4. Esquema da malha numérica utilizada pelo IPH-A, com a localização das variáveis nas
quadrículas de cálculo.
Algoritmo de secagem/inundação
Devido ao equacionamento matemático empregado, os modelos hidrodinâmicos 2DH não
suportam que áreas dentro do contorno estudado apresentem cotas superiores ao nível d’água de
simulação, ou seja, regiões com tirante nulo ou negativo. Essa limitação constitui uma restrição para
o estudo do comportamento hidrodinâmico do Taim, ou de banhados em geral, como alertam Feng
e Molz (1997), por serem regiões de topografia pouco acentuada e tirantes de água muito pequenos,
apresentando áreas internas secas com freqüência.
Neste estudo, implementou-se um algoritmo de secagem/inundação no modelo IPH-A, o qual
consiste, resumidamente, em identificar se cada elemento está “seco” ou “molhado”, baseado em
um critério de tirante mínimo (considerado igual a 10cm), e adotar procedimentos específicos para
cada uma das situações, como: imposição de condições de velocidade nula, rugosidade do fundo
extrema e alterações da batimetria e do nível da água de cada elemento.
O algoritmo funciona em três etapas, executadas após cada semi-intervalo de tempo de
simulação, ou seja, após a resolução do sistema de equações para todas as linhas ou para todas as
colunas: (1) imposição de velocidade nula; (2) ajuste de níveis, batimetria e coeficiente de
Manning; (3) atualização de níveis.
QUAD(LIN,COL)
QUAD_ACIMA
QUAD_ABAIXO
QUAD_PRÓXIMAQUAD_ANTERIOR
col
lin lin
col
U(quad.ant.)U(quad.)
V(quad.bai.)
V(quad.)
col-1 col+1
lin-1
lin+1 lin+1
lin-1
lin
col+1col-1(a) (b)
Resumidamente, as etapas do algoritmo são descritas da seguinte forma:
(1) Imposição de velocidade nula: para cada elemento da malha numérica interno ao contorno,
verifica-se se seu estado é “seco” ou “molhado”, caso o tirante seja inferior ou não ao tirante
mínimo de 10cm, respectivamente. Se o elemento está “seco”, impõe-se velocidade nula nas suas
quatro faces, conforme ilustra a figura 5;
(2) Ajuste de níveis, batimetria e coeficiente de Manning: para o elemento considerado “molhado”,
a batimetria e o coeficiente de Manning assumem seus valores “reais”, e para o caso do elemento
“seco”, impõe-se uma batimetria rebaixada e um valor extremo para o coeficiente de Manning
(n=100). Em seguida, é verificada a condição de fluxo nulo nos elementos vizinhos superior,
inferior, abaixo e acima do elemento em questão. Em caso positivo, ou seja, quando as
componentes da velocidade nos quatro elementos vizinhos são nulas, o nível auxiliar do elemento é
ajustado pela média aritmética entre os níveis máximo e mínimo vizinhos, enquanto que, no caso de
não atendimento à condição de fluxo nulo, o nível auxiliar é estabelecido como o mínimo dentre os
níveis daqueles elementos vizinhos com fluxo;
(3) Atualização de níveis: o terceiro e último passo do algoritmo consiste em atualizar os níveis de
todos os elementos, em função do nível auxiliar correspondente a cada um deles. A adoção de um
nível auxiliar durante os dois passos anteriores, em vez de ajustar diretamente o nível d’água do
elemento, tem o propósito de fazer com que os níveis ajustados em um ciclo do algoritmo não sejam
levados em conta para o ajuste dos elementos seguintes no mesmo ciclo, mas apenas no próximo,
isto é, no semi-intervalo de tempo seguinte de simulação.
Figura 5. Identificação das quadrículas vizinhas (a) e das velocidades impostas nulas (b).
310000 320000 330000 340000 350000
6290000
6300000
6310000
6320000
6330000
6340000
6350000
6360000
6370000
6380000
6390000
310000320000
330000340000
350000
6290000
6300000
6310000
6320000
6330000
6340000
6350000
6360000
6370000
6380000
6390000
5740000 5760000 5780000 5800000 5820000 5840000 5860000
2575000
2580000
2585000
63o
x
y
y”
x” α = 63ο
APLICAÇÃO AO BANHADO DO TAIM
Definição da área modelada
Como mostra a figura 2, o banhado do Taim e a lagoa Mangueira constituem um sistema
integrado, sendo a última a principal fonte de afluência de água para o primeiro. Dessa forma, o
comportamento hidrodinâmico do Taim está diretamente vinculado à Mangueira e, para estudá-lo,
há duas possibilidades: (i) simular o banhado isoladamente, considerando a lagoa Mangueira como
condição de contorno no limite sul; (ii) simular todo o sistema Mangueira-Taim. A segunda
alternativa foi a adotada neste estudo, por ser uma representação mais próxima do sistema natural,
embora isso acarrete maior custo computacional, devido ao aumento do número de elementos da
malha numérica de cálculo.
Utilizou-se uma malha numérica com espaçamento igual a 360m, fazendo-se uma rotação de
coordenadas do contorno modelado, que reduziu significativamente as dimensões da matriz de
elementos, como ilustrado na figura 6, através da seguinte equação:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡αα−αα
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡yx
.)cos()sen()sen()cos(
"y"x
, (4)
onde x e y são os eixos ortogonais originais e x” e y” são os eixos rotacionados de um ângulo α,
medido entre os eixos x e x” (figura 6). Com o espaçamento citado, a malha numérica foi
constituída por 52 linhas, 348 colunas e um total de 18096 elementos, sendo 12609 elementos
internos ao contorno da região modelada.
Figura 6. Rotação de coordenadas do contorno do sistema Mangueira-Taim.
Modelo numérico do terreno
Os modelos numéricos do terreno (MNT) das várias regiões específicas (banhado, lagoas
Nicola, Jacaré e Mangueira) foram gerados de forma independente e superpostos ao final. Esse
procedimento permitiu tratar de forma independente as informações de cada sub-região e fazer com
(a)
(b)
348000 352000 356000 360000Coordenadas UTM
6370000
6374000
6378000
6382000
6386000
6390000
6394000
6398000 N
355000 355500 356000 356500 357000 357500Coordenadas UTM
6395500
6396000
6396500
6397000
6397500
6398000
6398500
N
que as lagoas internas ao banhado fossem representadas realmente como lagoas, no MNT final,
havendo um forte gradiente topográfico entre as mesmas e a região vizinha. Caso as informações
batimétricas das lagoas fossem usadas em conjunto com as demais do banhado, bastante escassas,
gerando um MNT único no mesmo processo, o terreno da região seria suavizado de tal forma que
não caracterizaria a presença das lagoas, efetivamente. Nas figuras 7 a 8 são apresentadas as curvas
de nível do banhado e das lagoas.
Figura 7. Curvas de nível do banhado do Taim (a) e da lagoa Nicola (b), em metros, tendo como
referencial o nível do mar.
Distribuição espacial da vegetação
A distribuição espacial da vegetação no banhado do Taim foi estabelecida considerando que o
nível da água no banhado permaneceu constante durante um prolongado período de tempo, o
suficiente para definir as áreas capazes de suportar as macrófitas aquáticas emergentes. Considerou-
se um nível da água na cota 2,40m, que representa uma situação de seca no banhado, abaixo do
valor médio em torno do qual oscila naturalmente. Tal situação pode ser decorrente, por exemplo,
(a)
(b)
300000 310000 320000 330000 340000 350000 360000Coordenadas UTM
6290000
6300000
6310000
6320000
6330000
6340000
6350000
6360000
6370000N
353000 353500 354000 354500 355000 355500Coordenadas UTM
6390500
6391000
6391500
6392000
6392500
6393000
N
5740000 5760000 5780000 5800000 5820000 5840000 5860000Coordenadas rotacionadas
2575000
2580000
25850001
2
3 4 56
78
9 10 11 12
13 1415
16
N
de uma captação em excesso para irrigação do arroz, na lagoa Mangueira, associada à falta de
gerenciamento da operação das comportas de saída.
Figura 8. Curvas de nível das lagoas Mangueira (a) e Jacaré (b), em metros, tendo como referencial
o nível do mar.
A definição das áreas com vegetação foi realizada aplicando um critério baseado nos limites
mínimo e máximo da lâmina d’água suportados pela mesma, adotados como 0,10m e 1,80m,
respectivamente. Assim, para cada elemento da malha da região do banhado, supondo o nível da
água na cota 2,40m, calculou-se os tirantes correspondentes e obteve-se a configuração espacial da
distribuição da vegetação conforme mostrado na figura 9.
Figura 9. Indicação da área considerada com macrófitas aquáticas emergentes (área tracejada) e dos
pontos de gravação de níveis e velocidades ao longo do tempo.
Parâmetros adotados nas simulações
A falta de dados de nível do banhado e de condições de vento, com uma discretização
temporal suficiente e referentes ao mesmo período, inviabilizou a calibração do modelo
hidrodinâmico. Dessa forma, os valores dos parâmetros do modelo IPH-A foram estabelecidos com
base nos citados na literatura, após a realização de uma verificação simplificada da resposta do
sistema modelado à variação de cada parâmetro.
Uma questão adicional é quanto a distinção entre as áreas consideradas com e sem macrófitas
aquáticas emergentes, que, além de oferecer uma resistência adicional ao escoamento, ainda
proporcionam um efeito protetor contra a ação do vento sobre a superfície da água.
A vegetação oferece uma resistência ao fluxo ao longo de toda a coluna d’água, de forma que
vários estudos têm propostos relações empíricas alternativas às de Chèzy e de Manning, para o
cálculo da tensão de cisalhamento no fundo, ou mesmo a inclusão de novos termos relativos a tal
resistência, nas equações dinâmicas (Bolster e Saiers, 2002; Tsujimoto, 1999; Abdelsalam et al.,
1992; Turner e Chanmeesri, 1984; Petryk e Bosmajian III, 1975, entre outros).
Entretanto, a falta de informações e a complexidade da região estudada, aliadas aos objetivos
deste estudo, justificam a simplificação de adotar a formulação de Manning, considerando um
coeficiente de rugosidade do fundo mais elevado para as áreas com vegetação (n1=0,4),
relativamente às regiões sem vegetação (n2=0,02). O valor de n1 foi estabelecido com base no
adotado por Villanueva (1997), para a simulação do Taim com um modelo hidrodinâmico de celas,
e nos resultados de Shih e Rahi (1981), que estimaram o coeficiente de Manning em um banhado
natural, para diferentes condições de escoamento e épocas do ano.
Os coeficientes de viscosidade cinemática turbulenta (εT) e de ajuste do vento (Cv) foram
considerados constantes e uniformes, sendo iguais a 10m2/s e 3,0E-6, respectivamente. Porém, para
representar o efeito protetor da ação do vento provocado pela vegetação, inseriu-se um coeficiente
multiplicador da tensão de cisalhamento na superfície da água, de valor igual a 0,2 para as áreas
consideradas com vegetação, baseado em Ramming (1979), e igual a 1,0, nas demais regiões.
Situações simuladas
Três casos foram simulados, diferindo entre si quanto à área de atuação do vento: (1) no
primeiro, considerou-se um vento uniforme, atuando sobre todo o sistema Mangueira-Taim; (2) no
segundo caso, a ação do vento foi considerada apenas sobre a lagoa Mangueira; (3) e, no terceiro,
somente a área do banhado do Taim esteve sobre a ação direta do vento.
Dessa forma, enquanto o primeiro caso corresponde a uma circulação da água no banhado do
Taim, provocada pela ação direta do vento em conjunto com a oscilação dos níveis da Mangueira,
sendo esta causada pela ação do vento sobre a mesma, nas outras duas situações, o escoamento no
banhado é induzido apenas por um dos dois fatores isolados.
Em todos os casos, simulou-se um período de 4 dias com as condições de vento mostradas na
figura 10, onde o vento permaneceu, predominantemente, com a direção em torno de Sudoeste. Esse
período foi extraído da série histórica de dados do posto Negreiros, cuja localização é apresentada
na figura 2. As direções Nordeste e Sudoeste são as direções de maior ocorrência de ventos na
região, sendo que a última foi a adotada por representar uma situação favorável ao fluxo no sentido
da lagoa Mangueira em direção ao Taim, mais interessante para os objetivos deste estudo.
Adotou-se um intervalo de tempo de cálculo de 60s, que, para a malha de 360m de
espaçamento e as profundidades do sistema modelado, resulta em um número de Courant (Cr)
inferior a 1,5, valor abaixo do limite (Cr=3,0) acima do qual foram observados problemas
numéricos em esquemas do tipo ADI (Benqué et al., 1982).
Como condições iniciais, adotou-se um nível da água horizontal na cota 2,90m, referente a
uma condição de nível médio no banhado, além de velocidades nulas em todos os elementos da
malha numérica.
Figura 10. Velocidade e direção do vento durante 4 dias de setembro/2001, retiradas dos dados do
posto Negreiros e adotadas nas simulações.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A consideração do vento atuando sobre todo o sistema Mangueira-Taim (caso 1) ou apenas
sobre a lagoa Mangueira (caso 2) acarretou no mesmo padrão de circulação da água na lagoa. As
variações de nível e de velocidade do escoamento com o tempo, em ambas as situações, foram
praticamente idênticas entre si, como ilustram as figuras 11 e 12. Isso indica que a circulação da
água na Mangueira foi quase totalmente induzida pela ação direta do vento sobre a mesma, sendo
desprezível a contribuição da variação dos níveis no banhado, resultante do efeito do vento sobre
este.
A constatação anterior é reforçada pela análise dos resultados do terceiro caso, onde não se
observou, praticamente, nenhum efeito sobre a lagoa Mangueira, que permaneceu com uma
superfície d’água sem oscilação e velocidades de escoamento desprezíveis, relativamente aos casos
1 e 2. Devido à configuração da distribuição espacial da vegetação considerada, o fato de não haver
vegetação na porção leste da interface entre a lagoa e o banhado permitiu uma pequena circulação
de água na área da lagoa próxima a essa região, mas muito restrita (figura 14).
A predominância de um vento em torno da direção Sudoeste provocou a inclinação da
superfície da lagoa, elevando a parte norte e rebaixando a parte sul, o que pode ser observado pelo
comportamento dos níveis nos pontos 1 e 5 (figuras 11 e 12), para os casos 1 e 2. Após 74h de
simulação, esse desnível alcançou o valor máximo de 0,74m, cerca de 2,5h após o instante em que o
vento atingiu a velocidade máxima de 10,3m/s.
Figura 11. Variação do nível ao longo do tempo no ponto 1, para os 3 casos simulados.
Tendo como enfoque o banhado do Taim, as simulações das três situações estudadas
possibilitaram ter uma noção do quanto a oscilação dos níveis da água em tal região tem origem na
ação direta do vento sobre a mesma e o quanto é causada pela variação dos níveis na lagoa. No
gráfico da variação do nível com o tempo referente ao ponto 8 (figura 13), identifica-se, claramente,
que a oscilação resultante da ação do vento uniforme sobre todo o sistema modelado foi semelhante
à combinação dos efeitos resultantes da ação direta do vento sobre o banhado e sobre a Mangueira.
Tomando o nível inicial como referência, observa-se que, em alguns momentos, tais efeitos foram
opostos: enquanto um provocou a elevação, o outro contribuiu para o rebaixamento dos níveis,
como o ocorrido após 60h de simulação. Em outros instantes, como após as 80h, ambos os efeitos
provocaram uma oscilação do nível da água no mesmo sentido.
Figura 12. Variação do nível ao longo do tempo no ponto 5, para os 3 casos simulados.
Figura 13. Variação do nível ao longo do tempo no ponto 8, para os 3 casos simulados.
Como mostram os campos de velocidade da figura 14, nas áreas consideradas com vegetação,
onde se impôs um coeficiente de Manning elevado e se reduziu a tensão de cisalhamento do vento,
o escoamento apresentou comportamento bem diferente das áreas sem vegetação.
Quando a atuação do vento foi restrita à lagoa Mangueira, observou-se uma circulação da
água no banhado do Taim, predominantemente, direcionada pelo fluxo afluente da lagoa
Mangueira. Conforme a configuração da distribuição espacial da vegetação adotada, apenas uma
pequena parte leste da região da interface não foi coberta por macrófitas aquáticas, servindo como
5830000 5840000 5850000 5860000Coordenadas rotacionadas
2571000
2576000
2581000
2586000
Escala
0.10m/s
N
direção predominante do vento (SO)
caso 1
5830000 5840000 5850000 5860000Coordenadas rotacionadas
2571000
2576000
2581000
2586000
Escala
0.10m/s
N
direção predominante do vento (SO)
caso 2
5830000 5840000 5850000 5860000Coordenadas rotacionadas
2571000
2576000
2581000
2586000
Escala
0.10m/s
N
direção predominante do vento (SO)
caso 3
principal região de interação com a lagoa Mangueira, como mostram os campos de velocidades da
figura 14.
Figura 14. Detalhe da região do banhado do Taim com campos de velocidade após 60h de
simulação, para os 3 casos simulados.
CONCLUSÕES
A vegetação presente nos banhados é bastante influenciada pela oscilação dos níveis e pela
circulação da água, refletindo alterações de origem antrópica sobre tais ecossistemas. Por oferecer
uma resistência adicional ao fluxo e proteger contra a ação do vento, a distribuição espacial da
vegetação dita o padrão geral de circulação da água, e, portanto, amplifica as conseqüências de
intervenções como a instalação e a operação de estruturas e a captação de água para agricultura, por
exemplo.
De modo geral, observou-se que o comportamento hidrodinâmico do banhado do Taim está
fortemente associado à presença da vegetação, cuja ocorrência temporal e espacial é dependente da
oscilação do nível da água. Portanto, prováveis cenários de gerenciamento da água na região devem
levar em conta o impacto sobre a vegetação e, consequentemente, sobre a circulação da água.
Neste estudo, a configuração da distribuição espacial da vegetação foi resultante da aplicação
de um critério simplificado, baseado nas condições de profundidade suportadas pelas macrófitas
aquáticas emergentes, considerando que o nível permanecera constante por um longo período de
tempo. Isso representa uma situação factível, tendo em vista a falta de um gerenciamento adequado
das comportas de saída e a captação de água para orizicultura, além do aterro da BR-471, cuja
construção foi responsável pelo isolamento entre o Taim e a lagoa Mirim.
A interação do banhado com a lagoa Mangueira é regida pela ação do vento sobre a última e,
principalmente, pela resistência provocada pela vegetação na interface com o banhado, levando a
concluir que a alteração do padrão espacial da vegetação no Taim, certamente, terá impacto também
na circulação da água na Mangueira.
Além de servir para analisar prováveis cenários de gerenciamento, o estudo da hidrodinâmica
de um ecossistema como o banhado do Taim pode ser utilizado para o entendimento de diversos
processos biológicos e ecológicos, bem como da ocorrência e distribuição espacial de macrófitas
aquáticas, organismos bentônicos e peixes.
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